Буровые установки и сооружения

I. Техническая часть

Характеристика и краткое  описание устройств

Буровые установки и сооружения

 

Процесс бурения сопровождается спуском и подъемом бурильной  колонны в скважину, а также  поддержанием ее на весу. Масса инструмента, с которой приходится при этом оперировать, достигает многих сотен  килоньютонов. Для того чтобы уменьшить  нагрузку на канат и снизить установочную мощность двигателей применяют подъемное  оборудование (рис. 2.2), состоящее из вышки, буровой лебедки и талевой (полиспастовой) системы. Талевая система, в свою очередь, состоит из неподвижной  части -- кронблока (неподвижные блоки  полиспаста), устанавливаемого наверху  фонаря вышки, и подвижной части -- талевого блока (подвижно-го блока  полиспаста), талевого каната, крюка  и штропов. Подъем-ное оборудование является неотъемлемой частью всякой буровой установки независимо от способа бурения.

 

Буровая вышка предназначена  для подъема и спуска бурильной  колонны и обсадных труб в скважину, удержания бурильной ко-лонны  на весу во время бурения, а также  для размещения в ней талевой  системы, бурильных труб и части  оборудования, необхо-димого для осуществления  процесса бурения. Наиболее серьезной  опасностью при работе на буровых  вышках является частичное или полное их разрушение. Основная причина, приводящая к падению или разрушению вышек -- недостаточный надзор за их состоянием в процессе длительной эксплуатации. По этим причинам были введены изменения  в правилах безопасности предусматривающие  обязательные периодические проверки вышек, в том числе с полной разборкой и ревизией их деталей, а также испытания с нагружением  вышек в собранном виде.

 

Кроме того, вышка должна подвергаться тщательному осмотру  и проверке каждый раз до начала буровых работ, перед спуском  обсадных колонн, освобождением прихваченной бурильной или обсадной колонны, при авариях и после сильных  ветров (15 м/с для открытой местности, 21 м/с для лесной и таежной местности, а также когда вышка сооружена  в котловане). Вышки мачтового  типа монтируются в горизонтальном положении, а затем подни-маются в вертикальное положение при  помощи специальных уст-ройств. Транспортировка  вышки осуществляется в собранном  виде вместе с платформой верхового  рабочего в горизонтальном поло-жении  на специальном транспортном устройстве. При этом тале-вая система не демонтируется  вместе с вышкой. При невозможно-сти  из-за условий местности транспортирования  вышки целиком она разбирается  на секции и транспортируется частями  универ-сальным транспортом. В практике бурения кроме вышек мачтового  типа продолжают использоваться вышки  башенного типа, которые собираются ме-тодом сверху-вниз. Перед началом  монтажа на вышечном осно-вании монтируют  подъемник. После окончания сборки вышки подъемник демонтируют.

 

Одновременно с монтажом буровой установки и установкой вышки ведут строительство привышечных  сооружений. К ним относятся следующие  сооружения: 1) Редуктор (агрегатный) сарай, предназначенный для укрытия двигателей и передаточных механизмов лебедки. Его пристраивают к вышке со стороны её задней панели в направлении, противоположном мосткам. Размеры редукторного сарая определяются типом установки. 2)Насосный сарай для размещения буровых насосов и силового оборудования. Его строят либо в виде пристройки сбоку фонаря вышки редукторного сарая, либо отдельно в стороне от вышки. Стены и крышу редукторного и насосного сараев в зависимости от конкретных условий обшивают досками, гофрированным железом, камышитовыми щитами, резинотканями или полиэтиленовой плёнкой. Использование некоторых буровых установок требуется совмещение редукторного и насосного сараев. 3) Приемный мост, предназначенный для укладки бурильных обсадных и других труб и перемещения по нему оборудования инструмента, материалов и запасных частей. Приемные мосты бывают горизонтальные и наклонные. Высота установки приемных мостов регулируется высотой установки рамы буровой вышки. Ширина приемных мостов до 1,5...2 м, длина до 18 м. 4) Система устройств для очистки промывочного раствора выбуренной породы, а также склады для химических реагентов и сыпучих материалов. 5)Ряд вспомогательных сооружений при бурении: на электроприводе -- трансформаторные площадки, на двигателях внутрен-него сгорания (ДВС) -- площадки, на которых находятся емкости для горюче-смазочных материалов и т. п.

Талевая система

 

В процессе проводки скважины подъемная система выполня-ет различные  операции. В одном случае она служит для про-ведения СПО с целью  замены изношенного долота, спуска, подъема и удержания на весу бурильных  колонн при отборе керна, ловильных  или других работах в скважине, а также для спуска обсадных труб. В других случаях обеспечивает создание на крюке необходимого усилия для  извлечения из скважины прихваченной бурильной колонны или при  авариях с ней. Для обеспе-чения  высокой эффективно-сти при этих разнообраз-ных работах подъемная  си-стема имеет два вида ско-ростей подъемного крюка: техническую для  СПО и технологические для  ос-тальных операций.

 

В связи с изменением веса бурильной колонны при подъеме  для обеспече-ния минимума затрат вре-мени подъемная система должна обладать способно-стью изменять скорости подъема в соответствии с нагрузкой. Она также слу-жит для удержания  бу-рильной колонны, спущен-ной в  скважину, в процессе бурения.

 

Подъемная система ус-тановки (рис. III.1) пред-ставляет собой полиспастный механизм, состоящий из кронблока 4, талевого (подвижного) блока 2, стального  каната 3, яв-ляющегося гибкой связью между буровой лебедкой 6 и меха-низмом 7 крепления неподвижного конца каната. Кронблок 4 устанавливается на верхней  площадке буровой вышки 5. Под-вижный конец А каната 3 крепится к барабану лебедки 6, а неподвижный конец  Б -- через приспособление 7 к основанию  вышки. К талевому блоку присоединяется крюк 1, на котором подвешивается  на штропах элеватор для труб или  вертлюг. В настоящее время талевый  блок и подъемный крюк во многих случаях объединяют в один механизм -- крюкоблок.

Буровые лебёдки

 

Лебедка -- основной механизм подъемной системы буровой установки. Она предназначена для проведения следующих опе-раций: спуска и подъема  бурильных и обсадных труб; удержания  колонны труб на весу в процессе бурения или про-мывки скважины; приподъема бурильной колонны и  труб при наращивании; передачи вращения ротору; свинчивания и развинчивания  труб; вспомогательных работ по подтаскиванию  в буровую инстру-мента, оборудования, труб и др.; подъема собранной  вышки в вертикальное положение.

 

Буровая лебедка состоит  из сварной рамы, на которой уста-новлены  подъемный и трансмиссионный  валы, коробка перемены передач (КПП), тормозная система, включающая основной (лен-точный) и вспомогательный (регулирующий) тормоза, пульт уп-равления. Все механизмы  закрыты предохранительными щитами. Подъемный вал лебедки, получая  вращение от КПП, преобра-зовывает вращательное движение силового привода в поступа-тельное  движение талевого каната, подвижный  конец которого закреплен на барабане подъемного вала. Нагруженный крюк под-нимается с затратой мощности, зависящей  от веса поднимаемых труб, а спускается под действием собственного веса труб или та-левого блока, крюка и  элеватора, когда элеватор опускается вниз за очередной свечой.

 

Лебедки снабжаются устройствами для подвода мощности при подъеме  колонны и тормозными устройствами поглощения освобождающейся энергии  при ее спуске. Для повышения к. п. д. во время подъема крюка с  ненагруженным элеватором или ко-лонной переменного веса лебедки или  их приводы выполняют многоскоростными. Переключение с высшей скорости на низшую и обратно осуществляется фрикционными оперативными муфта-ми, обеспечивающими  плавное включение и минимальную  затра-ту времени на эти операции. Во время подъема колонн различ-ного веса скорости в коробках передач  переключают периоди-чески. Оперативного управления скоростями коробки не требу-ется.

 

Мощность, передаваемая на лебедку, характеризует основные эксплуатационно-технические  ее свойства и является классифи-кационным  параметром.

Роторы

 

Роторы предназначены  для вращения вертикально подвешен-ной  бурильной колонны или восприятия реактивного крутящего момента  при бурении забойными двигателями. Они служат также для поддер-жания  на весу колонн бурильных или обсадных труб, устанавли-ваемых на его столе, на элеваторе или клиньях. Роторы также ис-пользуются при отвинчивании и свинчивании труб в процессе СПО, ловильных и аварийных работ. Ротор представляет собой как  бы конический зубчатый редуктор, ведомое  коническое коле-со которого насажено на втулку, соединенную со столом. Верти-кальная  ось стола расположена по оси  скважины.

 

На рис. V.1 показана схема  ротора. Стол 5 имеет отверстие диаметром 250--1260 мм в зависимости от типоразмера  ротора. В отверстие стола устанавливают  вкладыши 7 и зажимы ведущей трубы 6, через которые передается крутящий момент. Большое коническое колесо 4 передает вращение столу ротора, укреплен-ному на основной 3 и вспомогательной 2 опорах, смонтированных в корпусе 1, образующем одновременно масляную ванну для  смаз-ки передачи и подшипников.

 

Сверху стол защищен оградой 8. Быстроходный ведущий вал 10 расположен горизонтально на подшипниках 11, воспринимаю-щих  радиальные и горизонтальные нагрузки. Вал 10 приводится: во вращение от цепной звездочки 12 или с помощью вилки  кар-данного вала, расположенной  на конце вала. Ротор снабжен сто-пором 9, при включении которого вращение стола становится не-возможным. Фиксация стола ротора необходима при СПО  и бу-рении забойными двигателями  для восприятия реактивного момента.

Буровые насосы и оборудование циркуляционной системы

 

Буровые насосы и циркуляционная система выполняют сле-дующие функции:

 

- нагнетание бурового  раствора в бурильную колонну  для обес-печения циркуляции в  скважине в процессе бурения  и эффектив-ной очистки забоя  и долота от выбуренной породы, промывки, ликвидации аварий, создания  скорости подъема раствора в  затрубном пространстве, достаточной  для выноса породы на по-верхность;

 

- подвод к долоту гидравлической  мощности, обеспечивающей высокую  скорость истечения (до 180 м/с)  раствора из его наса-док для  частичного разрушения породы  и очистки забоя от вы-буренных  частиц;

 

- подвод энергии к гидравлическому  забойному двигателю.

 

На рис. VII. 1 показаны схема  циркуляции бурового раствора и примерное  распределение потерь напора в отдельных  элемен-тах циркуляционной системы  скважины глубиной 3000 м при бу-рении  роторным способом.

 

В процессе бурения в большинстве  случаев раствор цирку-лирует по замкнутому контуру. Из резервуаров 13 очищенный и подготовленный раствор  поступает в подпорные насосы 14, кото-рые подают его в буровые  насосы /. Последние перекачивают раствор  под высоким давлением (до 30 МПа) по нагнетательной линии, через стояк 2, гибкий рукав 3, вертлюг 4, ведущую  трубу 5 к устью скважины 6. Часть  давления насосов при этом расходуется  на преодоление сопротивлений в наземной системе. Далее буровой раствор проходит по бурильной колонне 7 (бу-рильным трубам, УБТ и забойному двигателю 9) к долоту 10. На этом пути давление раствора снижается вследствие затрат энергии на преодоление гидравлических сопротивлений.

 

Затем буровой раствор  вследствие разности давлений внутри бурильных труб и на забое скважины с большой скоростью выходит  из насадок долота, очищая забой  и долото от выбурен-ной породы. Оставшаяся часть энергии раствора затрачивается  на подъем выбуренной породы и преодоление  сопротивлений в затрубном кольцевом  пространстве 8. Поднятый на поверхность  к устью 6 отработанный раствор проходит по желобам 11 в блок очистки 12, где  из него удаляются в амбар 15 частицы  выбуренной породы, песок, ил, газ и  другие примеси, поступает в резервуары 13 с устройствами 16 для восстановления его параметров и снова направляется в подпорные насосы.

 

Нагнетательная линия  состоит из трубопровода высокого дав-ления, по которому раствор подается от насосов / к стояку 2 и гибкому рукаву 3, соединяющему стояк 2 с вертлюгом 4. Напор-ная линия оборудуется задвижками и контрольно-измерительной аппаратурой. Для работы в районах с холодным климатом пре-дусматривается система  обогрева трубопроводов.

 

Сливная система оборудуется  устройствами для очистки и приготовления  бурового раствора, резервуарами, всасывающей  линией, фильтрами, нагнетательными  центробежными насосами, задвижками и емкостями для хранения раствора.

Вертлюги

 

Вертлюг -- промежуточное  звено между поступательно пере-мещающимся талевым блоком с крюком, буровым  рукавом и вращающейся бурильной  колонной, которая при помощи замко-вой  резьбы соединяется через ведущую  трубу со стволом верт-люга. Для  обеспечения подачи бурового раствора или газа пере-мещающийся вертлюг  соединен с напорной линией при помощи гибкого бурового рукава, один конец  которого крепится к отво-ду вертлюга, а второй к стояку.

 

В вертлюгах есть устройства для заливки, спуска масла и контроля его уровня, а также сапун для  уравновешивания с атмосферным  давлением паров внутри корпуса, создающего-ся при нагреве в процессе работы. Это устройство не пропуска-ет масло при транспортировке вертлюга в горизонтальном по-ложении.

 

Типоразмер вертлюга определяется динамической нагрузкой, которую он может воспринимать в процессе вращения бурильной колонны, допустимой статической  нагрузкой и частотой вращения, предельным рабочим давлением прокачиваемого бу-рового раствора, массой и габаритными  размерами. Каждый вертлюг имеет  стандартную левую коническую замковую резьбу для присоединения к ведущей трубе двух-трех размеров. Кор-пус вертлюга выполняется обтекаемой формы для того, чтобы он не цеплялся за детали вышки при перемещениях. Вертлюги приспособлены к транспортировке любыми транспортными средствами без упаковки.